Ominaisuudet ja edut

Pitkiä jännevälejä ja suuria vapaita tiloja

Muuntojoustavuudella (tai muunneltavuudella) tarkoitetaan rakennuksen tai rakenteen kykyä joustaa sen käyttöiän aikana tapahtuviin tilojen käyttötarkoituksen muutoksiin.

Tulevaisuuden muutostarpeet kannattaa ennakoida jo suunnitteluvaiheessa, mikäli se on mahdollista. Muuntojoustavuuden kustannukset rakentamisvaiheessa voivat olla vain murto-osa muutosvaiheen kustannuksista.

Rakennuksen muuntojoustavuuteen voidaan vaikuttaa tehokkaasti rakenneteknisin keinoin. Muuntojoustavuuden kannalta on edullista, jos kantavia pystyrakenteita eli seiniä tai pilareita on mahdollisimman harvassa. Vaakarakenteiden osalta on eduksi, jos voidaan ennakoida mahdollista lisäkantokyvyn tarvetta, parempaa palonkestoa tai ääneneristävyyttä.

Muuntojoustavuuden ennakointi vaatii suunnittelijalta entistä enemmän, koska koko rakenteen ylimitoittaminen ei ole ekotehokasta. Hyvä periaate on pohtia rakennukselle mahdollinen vaihtoehtoinen käyttötarkoitus ja ottaa huomioon kyseisen käyttötavan aiheuttamat muutostarpeet jo suunnitteluvaiheessa.

Muuntojoustavuuden kannalta betonin etuja ovat hyvä kantokyky, pitkät jännevälit ja sitä kautta vähäinen pystyrakenteiden määrä sekä riittävä palo- ja ääneneristävyys eri käyttötarkoituksiin.

Suunniteltaessa rakennuksia yli 50 vuoden käyttöiälle on muuntojoustavuuteen kiinnitettävä entistä enemmän huomiota. 200 vuoden suunnittelukäyttöikää on käytetty esim. Turun Yliopiston Kasarmialueen betonijulkisivuille.

Kivitalo on hiljainen

Suomessa vaatimukset asuinrakennusten ääneneristykselle ovat tiukat. Esimerkiksi huoneistojen välisen ääneneristävyyden tulee olla sellainen, että voimakaskaan puhe ei saa kuulua rakenteiden läpi.

Määräyksissä on vaatimuksia sekä ilma- että askelääneneristävyydelle. Voimassa olevien määräysten mukaan pienin sallittu ilmaääneneristysluku R’w asuinhuoneistojen välillä on 55 dB ja suurin sallittu askeläänitasoluku L’n,w asuinhuoneistojen välillä on 53 dB.

Uusimmat äänitekniset ohjeet löydät mm. osoitteesta www.elementtisuunnittelu.fi

Ääneneristysvaatimukset on helppo täyttää massiivisilla betonirakenteilla. Lattioiden askelääneneristävyys saadaan helposti riittäväksi joko ontelo- tai paikallavalulaatalla, jonka paksuus valitaan halutun lattian pintamateriaalin mukaan. Seinissä 180 mm paksulla rakenteella päästään jo 58 dB:n ilmaääneneristävyyteen.

Ilmaääneneristävyydessä rakenteen tiiveydellä on suuri merkitys, koska pienikin rako heikentää eristävyyttä merkittävästi. Myös tässä suhteessa oikein tehdyt massiiviset rakenteet ovat kevyitä rakenteita luotettavampia.

Välipohjien askelääniluvun tulee olla enintään 53 dB. Asuinkerrostalojen välipohjissa vähintään 240 mm paksu paikallavalettu betonilaatta tai vähintään 500 kg/m2 painava ontelolaatta pehmeillä lattianpäällysteillä tai lautaparketilla täyttää vaatimuksen. Kun lattianpäällysteenä käytetään mosaiikkiparkettia, kiveä tai keraamista laattaa, tulee käyttää kelluvaa lattiarakennetta tai laatan alla mineraalivilla ja jousirankaan ripustettua levytystä.

Akustisesti ja asukkaiden tyytyväisyyden kannalta kelluva betonilaatta on paras vaihtoehto. Myös monesti haitalliset matalat äänet saadaan helpoiten kuriin betonivälipohjalla.

Ääni heijastuu betonista, mutta esimerkiksi meluesteissä voidaan käyttää apuna seinämän muotoilua, pinnan rikkomista muilla pehmentävillä materiaaleilla tai ns. harvabetonia. Se absorboi osittain ääntä ja heijastusäänet jäävät pienemmiksi.

Betoni kestää vettä eikä homehdu

Betoni kestää erinomaisesti kosteutta. Itse asiassa se saavuttaa parhaat lujuusominaisuutensa, kun sitä säilytetään mahdollisimman pitkään kosteassa.

Betoni on luja ja kuormitusta kestävä kiinnitysalusta erilaisille pintamateriaaleille. Vaikka itse betoni kestääkin kosteutta, niin sen päällyste saattaa vaurioitua uudesta betonista tulevan alkalisen kosteuden vuoksi. Siksi betonirakenteen tulee antaa kuivua riittävästi ennen pinnoittamista tiiviillä päällysteillä kuten muovimatolla.

Rakennusten kosteus- ja homevauriot ovat yleisiä ja niiden määrä tuntuu olevan kasvussa. Kosteusvaurioihin johtavia rakennusvirheitä on erityisesti alapohjan rakenteissa sekä märkätiloissa, joissa on levyrakenteiset seinät. Toinen laajoja kosteusvaurioita aiheuttava syy on viemäri- ja käyttövesiputkistojen sekä niihin liitettyjen laitteiden vuodot.

Kosteutta voi tulla rakennukseen myös vuotavan vesikaton tai huonosti tiivistettyjen ikkuna- ja muiden julkisivuliitosten kautta.

Vakuutustilastojen mukaan Suomessa korvataan vuosittain noin 40 000 vuotovahinkoa, joiden yhteenlaskettu korvaussumma on yli 150 milj. euroa. Asunnossa sattuu vesivuodosta aiheutuva kosteusvaurio noin kerran 50 vuodessa.

Vesivahinkotapauksissa betonirakenteille riittää yleensä kuivaus eikä rakenteita ole tarpeen uusia. Monet muut rakenteet on purettava ja korvattava kokonaan uusilla.

Betoni ei sisällä orgaanista materiaalia, joka voisi toimia mikrobien, esim. homeiden kasvualustana. Uusi betonipinta on myös hyvin emäksinen, mikä estää tehokkaasti homekasvua.

Ajan myötä kaikkien rakennusmateriaalien pinnalle kertyy epäpuhtauksia, jotka voivat tarjota kasvualustan mikrobeille. Siksi ei ole olemassa homehtumattomia rakennusmateriaaleja, vaan niin lasin, teräksen kuin betoninkin pinnalle voi ajan myötä kasvaa hometta, jos pinnalla on orgaanista likaa, ja kosteutta on tarjolla sopivasti.

Tulossa 150-250 MPa:n erikoislujat kuitubetonit

Betonille on ominaista suuri puristuslujuus, yleensä 30 – 80 MPa. Betonin vetolujuus on suhteellisen pieni, noin 10 % puristuslujuudesta.

Betonin lujuus valitaan käyttötarkoituksen mukaan ja sitä säädetään betonin koostumuksella ja erityisesti vesisementtisuhteella. Betonin puristuslujuutta on pystytty kasvattamaan materiaaliteknologian kehittymisen myötä.

Rakenteet suunnitellaan niin, että betoni ottaa vastaan puristusjännitykset ja raudoitus vetojännitykset. Jännitetyissä rakenteissa jänneraudoituksella muodostetaan puristusjännitys sinne, mihin omapaino ja ulkoiset kuormat aiheuttavat vetojännitystä. Tällöin jännitykset kumoavat osin toisensa, ja rakenteesta saadaan hoikempi.

Raudoituksella varmistetaan myös rakenteen sitkeys. Taipumat tai halkeamat varoittavat, jos rakenne kuormat kasvavat liian suuriksi.

Korkealujuusbetonilla (60 – 100 MPa) voidaan vähentää materiaalien käyttöä. Esimerkiksi pilarin lujuuden kaksinkertaistaminen voi pienentää sen kustannusta noin 25 %. Myös ympäristövaikutusten kannalta korkealujuusbetonin käyttö on monesti edullista.

Erikoislujien betonien (lujuus 150 – 250 MPa) käyttö lisääntyy koko ajan lähinnä erikoisrakenteissa. Usein näissä rakenteissa käytetään myös teräs-, lasi-, hiili- tai muovikuituja rakenteen vetolujuuden parantamiseksi.

Betonirakenteissa oma paino muodostaa yleensä merkittävän osan rakenteelle tulevasta kokonaiskuormasta. Koska oman painon varmuuskertoimeen sisältyy reserviä, betonirakenne kestää monesti ylikuormaa melko reilusti. Kevyillä rakenteilla ei tätä oman painon varmuusreserviä ole juurikaan. Siksi betonirakenteilla on hyvä vaurionsietokyky ylikuormituksille. 2000–luvun muutamien erittäin lumisten talvien aikaan sortuneista useasta sadasta rakennuksesta yksikään ei  ollut betonirakenteinen.

Betonirakenne vaimentaa massallaan törmäysten ja räjähdysten aiheuttamia iskuja. Betonirunkoisissa asuintaloissa on sattunut räjähdyksiä, jotka eivät ole aiheuttaneet rakennuksen sortumista. Kaikki maanpäälliset väestönsuojat rakennetaan betonista.

Betonin massiivisuuden ja jäykkyyden etuna on myös vähäinen herkkyys värähtelyyn. Värähtelyt koetaan epämiellyttävinä. Betonia käytetään myös koneperustuksissa tärinän vaimentamiseen.

Betoni – modernia ja muovailtavaa

Betonin merkittävä vahvuus on sen monimuotoinen estetiikka. Betoni on plastinen, kivenomainen, valettava materiaali, jossa osa-aineet, muodot ja rakenteet, värit ja pintakäsittelyt muodostavat kokonaisuuden, jota voidaan muunnella.

Betonin kivisyys, massiivisuus, karuus tai karkeus voivat toimia kontrastina muiden materiaalien kanssa. Betonin kieli voi samalla olla karkea ja lyyrinen. Betonin muovailtavuutta voidaan käyttää myös graafisten ja veistoksellisten aiheiden lähtökohtana. Uusien kuitubetonisovellusten myötä betonirakenteet voivat olla myös hyvin siroja, jopa pitsimäisiä.

Betoni on samalla sekä vaativa että kiitollinen rakennusaine. Oikea mittakaava, riittävä vaihtelevuus ja huolellisesti suunnitellut yksityiskohdat ovat hyvän ympäristön ja arkkitehtuurin perusedellytykset. Betonin materiaalina tulee vastata myös ns. vanhenemisen haasteeseen: materiaalin tulee vanheta arvokkaasti ja vanhenemisprosessit tulee ottaa huomioon jo rakennuksen suunnitteluvaiheessa.

Betoni on ollut pitkään piilossa rakenteissa tai pinnoitteiden alla. Tilanne on muuttunut ja betoni on löytänyt oman luovan muotonsa, kielensä, voimansa ja ilmaisutapansa. Betoni nähdään luonnon materiaalina. Uusi sukupolvi ilmaisee betonilla arkkitehtuuria ja muotoilua.

Betonituotteet tarjoavat valettavuuden, värivaihtoehtojen, pintakäsittelyiden ja säilyvyyden kannalta monipuoliset mahdollisuudet.

Uusia julkisivupintoja ovat mm. lasuuri-, patina ja graafiset pinnat sekä erilaiset värirappaukset. Betonipinta saadaan itsepuhdistuvaksi titaanioksidin avulla. Tämä kapseloi pinnalle kertyvää likaa, jonka sadevesi huuhtelee pois. Betonista saadaan värillistä kiviaineksen, väripigmenttien ja pinnoitteiden avulla.

Betonirakenteita suunniteltu jopa 1000 vuoden käyttöiälle

Rakennuksilta edellytetään pitkää käyttöikää. Esimerkiksi kaupunkikeskustojen yli 100-vuotiaatkin rakennukset ovat useimmiten täydessä käytössä. Myös kestävän kehityksen kannalta rakennusten pitkäikäisyys on ensisijaisen tärkeä ominaisuus. Sitä korostavat ekologisten ja taloudellisten näkökohtien lisäksi myös kulttuurilliset näkökohdat.

Betonin ja betonirakenteiden säilyvyysominaisuuksia ja niiden laskennallisia perusteita on kehitetty vuosikymmeniä. Normeissa käyttöiän luotettava varmistaminen on keskeinen tavoite.

Betonirakenteiden suunnittelukäyttöiäksi valitaan yleensä 50 vuotta, Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että rakennus suunniteltaisiin purettavaksi 50 vuoden kuluttua. Suunnittelukäyttöikä on runsaasti varmuutta sisältävä suunnitteluarvo. 50 vuoden käyttöiälle suunniteltavan normaalin betonirakenteen keskimääräinen odotettavissa oleva käyttöikä on noin kolminkertainen suunnittelukäyttöikään nähden, eli noin 150 vuotta.

Betonirakenteet voidaan suunnitella jopa 200 vuoden käyttöiälle. Onpa Euroopassa käytetty jopa 1000 vuoden suunnittelukäyttöikää betonirakennuksille.

Sisätiloissa betonirakenteet ovat periaatteessa ikuisia, sillä ei ole olemassa mitään vauriomekanismia, joka turmelisi betonia normaaleissa sisätiloissa. Betonirakenteiden käyttöiäksi sisätiloissa voidaankin olettaa 200 vuotta.

Betonin käyttöikään vaikuttavat
• lujuusluokka
• vesi-sideainesuhde
• sementin määrä ja tyyppi
• betonin lisäaineistus
• raudoituksen betonipeitteen paksuus
• raudoitteen materiaali
• ulkoinen rasitus

Kivitalosta saat varmimmin tiiviin

Massiivisuuden lisäksi myös betonirakenteiden tiiviys eli ilmanpitävyys vaikuttaa merkittävästi rakennuksen energiankulutukseen. Rakennusvaipan tiiviyden merkitys kasvaa vaipan lämmöneristävyyden parantuessa ja ilmanvaihdon lämmöntalteenoton kehittyessä.

Rakennuksen ilmanvuotoluvun (n50) pienentyessä 1,0:lla lämmitysenergian kulutus pienenee 3 – 5 % hallitsemattoman vuotoilmanvaihton vähetessä.

Tampereen yliopiston ja Aalto-yliopiston (Silloisten TTY:n ja TKK:n) AISE-tutkimuksessa mitattiin pientalojen ja asuinkerrostalojen ilmanpitävyyttä. Mittausten mukaan yläpohjaltaan kivirakenteisien pientalojen ilmanvuotoluku n50 on keskimäärin 1,4 ja yläpohjaltaan kevytrakenteisessa kivitalossa 2,5. Paras mitattu tutkimuksessa mitattu pientalon tiiveys 0,09 osui kivirakenteiselle omakotitalolle,.

Puurakenteisille pientaloille saatiin vastaavasti keskimääräiseksi ilmanvuotoluvuksi 3,9.

Kokonaan kivirakenteisen pientalon parempi tiiveys säästää puutaloon verrattuna täten keskimäärin 10 % lämmitysenergiasta. Tiiveyden vaikutus on siis merkittävä.

Betonisissa asuinkerrostaloissa päästään huolellisella työllä ilmanvuotolukuun 0,5 ja jopa sen alle.

Betonirakenteiden massiivisuuden ja tiiveyden kautta saavutettava hyöty on merkittävä. Jo 5 % säästö lämmitysenergian kulutuksessa koko elinkaaren aikana on merkittävä pienentäen rakennuksen hiilijalanjälkeä selvästi.

Betonitalo säästää energiaa ja selvää rahaa

Betonirakenteet tasaavat termisellä massallaan huonelämpötilojen vuorokausivaihteluita ja säästävät siten merkittävästi lämmitys- ja jäähdytysenergiaa. Päiväaikaiset lämpökuormat esimerkiksi sähkölaitteista, käyttäjistä ja auringon säteilystä varastoituvat betonirakenteisiin. Varastoitunut lämpö palaa takaisin lämmittämään tiloja viileään yöaikaan. Termisen massan myötä asumismukavuus paranee, koska sisälämpötilan vaihtelut ja kesän huippulämpötilat jäävät alemmiksi.

Kevytrakenteisissa rakennuksissa sisälämpötilan vuorokausivaihtelut voivat muodostua suuriksi. Silloin tasaisen huonelämpötilan ylläpitäminen edellyttää pahimmillaan päivällä tilojen jäähdyttämistä ja yöllä lämmittämistä.

Termistä massaa voidaan käyttää myös aktiivisesti mm. yöaikaisessa ns. vapaajäähdytyksessä tai ilmalämmityksessä, jolloin lämmitys voi tapahtua varaavasti halvemmalla yösähköllä.

Lattialämmitys toimii parhaiten betonirakenteeseen asennettuna. Varautunut lämpö siirtyy tasaisesti sisäilmaan.

Betonirakenteiden massiivisuuden on todettu lukuisissa tutkimuksissa vähentävän sekä lämmitys- että jäähdytysenergiankulutusta. Eurooppalaisten tutkimusten mukaan massiivisilla rakenteilla energiankulutus on ollut 5 –15 % kevyitä rakennuksia pienempi (tutkimustulosten ääriväli 1–20 %).

Pohjoismaisen tutkimuksen mukaan rakenteiden massiivisuudella voidaan säästää asuinrakennuksissa 3–14 % lämmitysenergiasta ja 30–50 % jäähdytysenergiasta. Rakennuksen sisäilmasto myös paranee termisen massan leikatessa kesäajan korkeimmat huonelämpötilat pois. Massiivisuuden etu on suhteellisesti suurin, kun ikkunapinta-ala on suuri, ikkunat on suunnattu etelään ja rakennusvaipan lämmöneristyskyky ja ilmanpitävyys ovat hyvät.

Toimistorakennusten osalta samanlaisia tuloksia on saatu Terma -projektissa. Massiivisessa toimistossa säästöksi saatiin lämmitysenergiassa 4 – 7 % ja jäähdytysenergiassa 42 – 52 %. Säästöjä voidaan edelleen lisätä siirryttäessä massan passiivisesta hyödyntämisestä aktiivisiin järjestelmiin.

Betonitalo on kesällä viileä – talvella lämmin

Rakenteiden termisellä massalla voidaan alentaa merkittävästi sisälämpötilan vaihteluita. Erityisesti kesäajan lämpötilahuippuja voidaan alentaa 3 – 6 astetta hyödyntämällä rakenteiden termistä massaa. Termistä massaa voidaan käyttää myös aktiivisesti mm. yöaikaisessa jäähdytyksessä.

Pohjoismaisessa tutkimuksessa verrattiin massiivisen ja kevytrakeisen asuinrakennuksen yötuuletuksen vaikutusta jäähdytysenergian kulutukseen. Kun yötuuletus on kolminkertainen päivätuuletukseen nähden, jäähdytysenergian kulutus laskee ollen massiivisessa rakennuksessa noin kolmanneksen pienempi kuin kevyessä rakennuksessa.

Lattialämmitys toimii parhaiten betonirakenteeseen asennettuna, jolloin lämpöenergia varautuu rakenteeseen ja siirtyy tasaisesti sisäilmaan.

Betoni suojaa tehokkaasti säteilyltä

Kaikki rakennusmateriaalit sisältävät luonnon radioaktiivisia aineita. Materiaalien radioaktiivisuus ilmoitetaan bequerelleinä (Bq). Uraanin U238 yleisesti tunnetuin välivaiheen hajoamistuote on radiumista syntyvä radonkaasu. Radon on hajuton, mauton ja näkymätön jalokaasu.

Radioaktiivisen säteilyn lähteitä asunnoissa ovat rakennusmateriaalien ja maaperän (mukaanlukien pohjavesi) radioaktiivisuus sekä kosminen säteily. Kivitaloissa rakennus absorboi lähes täysin maaperästä tulevan gammasäteilyn, joten niissä radonpitoisuudella on keskeinen rooli.

Sosiaali- ja terveysministeriön päätöksen mukaan asunnon huoneilman radonpitoisuus ei saa ylittää arvoa 400 Bq/m3. Uusi asunto tulee suunnitella ja rakentaa siten, että radonpitoisuus ei ylitä arvoa 200 Bq/m3.

Merkittävin huoneilman radonpitoisuutta kohottava tekijä on maaperästä sisäilmaan pääsevä radonpitoinen ilma. Huoneilman radonpitoisuuteen voidaan siten vaikuttaa ennen kaikkea alapohjan rakenne- ja tuuletusratkaisuilla.

Kun tavanomaisen asuinhuonetilan lattia, seinät ja katto ovat betonia, ja tilassa on normaali ilmanvaihto, betonin kiviaines tuottaa huonetilaan noin 70 Bq/m3 radonpitoisuuden. Sosiaali- ja terveysministeriön raja-arvojen ylittyminen on mahdollista vain, jos maaperän radon pääsee asuntoon.

Betonia käytetään mm. sairaaloissa säteilysuojarakenteina. Tähän tarkoitukseen on olemassa erityisiä raskaita betonilaatuja, joista tehdyt rakenteet ovat tehokkaita esteitä säteilyn etenemiselle.

Rakennusmateriaalina betoni on hyvä radioaktiivisen säteilyn vaimentajana, koska säteilyn vaimentuminen tapahtuu eksponentiaalisesti massan suhteessa. Tästä ominaisuudesta on hyötyä sellaisilla alueilla, jossa maaperän oma säteilytaso on korkea.

Radonturvallisia perustapoja- vaikuta sisäilman radonpitoisuuteen
• tuulettuva betoninen alapohja (ryömintätilainen perustus)
• yhtenäinen saumaton betonilaattaperustus
• maanvarainen betonilaatta perusmuurin sisällä– laatan ja sokkelin liitokset tiivistetty

Rakennuksen alapohja on aina pyrittävä rakentamaan mahdollisimman tiiviiksi. Betonin tiiviys on paras tae radonia vastaan, kunhan vain rakenteiden liitokset ja saumat tiivistetään huolella.

Maanvastaisessa alapohjassa betonilaatan paksuuden tulee olla vähintään 80 mm. Maanvarainen alapohja tehdään alipaineiseksi ja radon tuuletetaan pois alapohjasta putkistojen ja tarvittaessa poistoimurin avulla. Liitossaumat tiivistetään bitumikermein tai tiivistysmassalla.

Maanvastaisissa rakenteissa paras ratkaisu on mahdollisimman yhtenäinen ja tiivis alapohja- ja perustusrakenne, jossa on vähän tiivistystä vaativia kohtia. Ryömintätilaisessa alapohjassa radon tuulettuu pois luonnostaan. Siitä huolimatta myös ryömintätilainen alapohja tulee tehdä ilmatiiviiksi.

Kevytsorabetoniharkkorakenne läpäisee radonia ja rakenteita on tiivistettävä mm. bitumikermikaistoin.

Betonirakenteilla vähäinen huoltotarve

Betonirakenteet vaativat vain vähän huoltoa. Rakenteet tulee kuitenkin hyvää kiinteistönhoitotapaa noudattaen tarkastaa säännöllisesti. Usein rakenteelle riittää pesu.

Lämpimissä sisätiloissa betoni on lähes ikuinen materiaali. Ulkona sen tulee kestää vähintään pakkasrasitusta.

Betonin pinta voidaan suojata graffiteja vastaan ns. antigraffiti-aineilla, jolloin graffitit ovat poistettavissa.

Betonipintaa ei tarvitse maalata. Mikäli näin kuitenkin tehdään, maalipinta joudutaan jossain vaiheessa uusimaan.

Betonijulkisivuissa elementtien väliset elastiset saumat tulevat uusittaviksi noin 25 vuoden välein.

Vanhoissa betonirakenteissa voi esiintyä betonin rapautumista ja raudoitteiden korroosiota. Näiden aiheuttamia vaurioita voidaan korjata laastipaikkaamalla.

Betonia käytetään kosteudelle ja pakkaselle alttiissa olosuhteissa, joissa muiden materiaalien säilyvyys on kyseenalaista. Betoni kestää hyvin rankkojakin olosuhteita, kunhan kohteeseen on valittu oikeanlainen betoni ja työ on tehty huolellisesti.

Ulkotiloissa betonirakenne voi vaurioitua teräskorroosion tai pakkasrapautumisen vuoksi.

Home ei ole betonijulkisivujen ongelma. Kuivassa sisätilassa betoni ei vaurioidu.

Teräskorroosio

Teräskorroosio estetään suojaamalla teräs riittävän paksulla ja tiiviillä ns. suojabetonikerroksella. Ohuissa säälle alttiissa rakenteissa kuten julkisivuissa, joissa riittävän paksun suojabetonikerroksen toteutumista ei ole helppo varmistaa, käytetään raudoituksena ruostumatonta terästä.

1960- ja 70-luvun betonijulkisivujen säilyvyysongelmat johtuivat siitä virheellisestä käsityksestä, että betoni suojaa terästä kaikissa olosuhteissa. Suomalaisen fyysikon Sven Pihlajavaaran tutkimukset 1970-luvulla kuitenkin osoittivat, että betonin pinnan läheisyydessä betoni reagoi ilman hiilidioksidin kanssa hävittäen terästä suojaavan ns. passiivikalvon, jolloin teräskorroosio pääsee käynnistymään. Tosiasiassa teräskorroosion syy on kuitenkin useimmiten se, että terästä suojaava betonikerros oli jäänyt aivan liian ohueksi.

Pakkasrapautuminen

Betoni sisältää käytännössä aina jonkin verran huokoisuutta. Jos betonin huokosverkosto on jäätymistilanteessa täysin veden kyllästämä, huokosissa olevan veden jäätyessä tapahtuva noin 10 % laajeneminen voi rikkoa betonin rakennetta.

Betoni saadaan pakkasenkestäväksi lisäämällä betonimassaan sekoitusvaiheessa lisähuokostusainetta, jonka ansiosta betonimassaan muodostuu mikroskooppisia ilmahuokosia, jotka pysyvät ilmatäytteisinä myös märässä betonissa. Veden jäätyessä betonin huokosissa laajeneva vesi pääsee tunkeutumaan ilmatäytteisiin ns. suojahuokosiin, eikä betoni vaurioidu.

Lisähuokostamattoman betonin pakkasrapautuminen ilmenee pinnan säröilynä ja betonirakenteen kaareutumisena.

Pakkasrapautuminen tuli ilmi ensimmäisenä ohutkuorisissa julkisivuissa erityisesti etelä- ja länsijulkisivuilla, joissa jäätymis-sulamissyklien määrä on suurin. Massiiviset rakenteet ovat vähemmän herkkiä pakkasrapautumiselle, koska niissä lämpötilamuutokset tapahtuvat hitaammin. Aivan kuten teräskorroosion tapauksessa, tieto pakkasrapautumisen mekanismista levisi 60-70-luvun lähiöitä ajatellen liian myöhään.

Home ¹⁾

Tampereen teknillinen korkeakoulu ja Turun yliopisto tutkivat vuosina 1950 – 1995 rakennettujen betonielementtijulkisivujen eristetilan mikrobikasvustoa ja asuntojen sisäilmaa. Tutkimuksessa, joka painottui 1970- ja 80-luvuilla rakennettuihin rakennuksiin, analysoitiin noin 1500 eristenäytettä ja tehtiin noin 200 sisäilmamittausta. Ennakko-odotusten vastaisesti mikrobikasvusto eristetilassa oli hyvin vähäistä. Homesienten osuus mikrobikasvustossa oli jopa pienempi kuin luonnossa yleensä. Pääasiallinen mikrobi oli kylläkin terveydelle haitalliseksi luokiteltava sädesienibakteeri (aktinomykeetti). Tätä havaittiin rakennuksissa, joissa oli havaittavissa julkisivun puutteellista kosteusteknistä toimintaa mm. vuotavien elementtisaumojen tai ikkunaliitosten johdosta. Havaitun kasvuston todettiin aiheuttavan sisäilmahaittaa ainoastaan yksittäistapauksissa.

Kosteusvauriot

Uusista asunnoista löytyneet hengitysteitä ärsyttävät yhdisteet ovat yleensä peräisin tasoitteista, sisustusmateriaaleista ja pintamateriaalien asennukseen käytetyistä liimoista, jotka reagoivat kiinnitysalustan liian korkeaksi jääneen kosteuden kanssa. Liiallinen kosteus voi olla peräisin joko betonin valmistukseen käytetystä vedestä tai rakenteen kastumisesta rakentamisen aikana.

Kosteusongelmien taustalla ovat osaltaan tiukkenevat rakennusaikataulut sekä tästä johtuva kiire levittää pinnoitteita puutteellisesti kuivuneiden rakenteiden päälle. Haitta voidaan torjua käyttämällä nopeasti kuivuvia betonilaatuja ja käyttämällä höyryavoimia pintakäsittelyjä, jotka mahdollistavat kosteuden poistumisen pinnoittamisen jälkeenkin, ja varmistamalla mittaamalla, että betoni on riittävän kuivaa ennen pinnoitustöihin ryhtymistä.

Vanhojen lähiöiden kunto ²⁾

Betonirakenteisissa kerrostaloissa vaurioitumiselle alttiita rakenteita ovat lähinnä vaipparakenteet eli julkisivut ja parvekkeet sekä märkätilojen rakenteet. Rakennusten perustukset ja runkorakenteet ovat erittäin pitkäikäisiä.

Lähiökerrostalojen monet rakenneratkaisut ovat ominaisuuksiltaan merkittävästi parempia kuin vanhoissa kerrostaloissa (betonipaalut vs. puupaalut, massiiviset välipohjat vs. täytteelliset puuvälipohjat, koneellinen vs. painovoimainen ilmanvaihto).

Lähiöiden kustannuksiltaan suurimmat korjaustarpeet kohdistuvat yleensä julkisivuihin, parvekkeisiin ja putkistoihin. Betonirakenteiden vaurioitumiseen vaikuttavat paikallinen ilmasto, betonin toteutuneet rakenne- ja materiaaliominaisuudet sekä rakenteiden huolto ja kunnossapito. Rakenteiden käyttöikä vaihtelee paljon riippuen juuri em. osatekijöistä.

Käyttöiän kannalta keskeisimmät betonin rakenne- ja materiaalitekijät ovat betonin lujuus ja tiiviys, pakkasenkestävyys sekä raudoitteiden betonipeitteiden paksuus.

Korjaustarve selvitetään kuntotutkimuksella talo- ja rakennetyyppikohtaisesti. Ajoissa tehty kuntotutkimus edesauttaa löytämään vaurioitumiselta suojaavia korjaustapoja ja maksimoimaan siten rakenteiden käyttöikää. Kuntotutkimusten perusteella on arvioitavissa, että suuri osa 1960 – 1980 -lukujen betonijulkisivuista joudutaan peruskorjaamaan n. 30 – 40 vuoden iässä. Rakenteiden ominaisuuksien vaihtelusta johtuen jotkut talot tulevat korjattavaksi aikaisemmin, toiset myöhemmin.

1980- ja 90-luvuilla on parannettu betonirakenteiden kestävyyttä ja tuotannon laadunvarmistusta on kehitetty monin tavoin. Sen ansiosta esimerkiksi pakkasrapautumavauriot ovat tämän aikakauden ja sitä uudemmissa rakennuksissa harvinaisia. Mikäli betonin pakkasenkestävyys on varmistettu ja raudoitteina käytetty ruostumatonta terästä, rakenteilta voidaan odottaa hyvin pitkää käyttöikää.

Rakenteiden korjaustekniikat ovat myös kehittyneet niin, että korjausten onnistuminen on varmistettavissa aikaisempaa helpommin. Betonijulkisivujen kunnossapito- ja korjaushankkeet muodostavat tänä päivänä oman erikoisalueensa. Erityisasiantuntemusta tarvitaan kuntotutkimusten ohella myös rakennuttamisessa, suunnittelussa, valvonnassa kuin itse rakennustyössäkin.

¹⁾ Kirjoittaja: tekn.lis. Jommi Suonketo Tampereen teknillinen korkeakoulu. Talonrakennustekniikan laboratorio.
²⁾ Kirjoittaja: tekn.lis. Matti Pentti, Tampereen teknillinen korkeakoulu, Talonrakennustekniikka.

Betoni on toistaiseksi ainoa rakennusmateriaali, jolle on olemassa vakioitu käyttöikäsuunnittelumenettely. Rakenteeseen valitaan suunnittelukäyttöiän ja rakenteen rasitusluokan mukainen riittävän tiivis ja tarvittaessa lisähuokostettu betonimassa ja raudoitus sijoitetaan riittävän syvälle betoniin. Säilyvyysvaatimukset löytyvät betonin osalta standardista SFS 7022 ja Betoninormeista by65.

Mikäli säilyvyysvaatimukset laiminlyödään, betoni voi jäädä heikkolaatuiseksi ja vaurioitua joko raudoitteiden ruostumisen tai betonin rapautumisen seurauksena.

Raudoitteiden korroosio

Betonin korkea alkalisuus suojaa terästä tehokkaasti korroosiolta. Betoniterästen korroosio voi käynnistyä, jos terästä suojaava betoni pääsee karbonatisoitumaan eli neutraloitumaan tai jos betoniin pääsee haitallisessa määrin klorideja.

Karbonatisoitumisessa ilman hiilidioksidi reagoi betonin emäksisten yhdisteiden kanssa niin, että reaktiotuotteena syntyy neutraalia kalsiumkarbonaattia. Reaktiot etenevät betonin pinnasta alkaen hitaasti syvemmälle betoniin.

Betonin karbonatisoitumisnopeuden ratkaisee sen tiiviys, eli käytännössä vesisementtisuhde. Myös betonin kosteusrasituksella on vaikutusta. Märkä betoni karbonatisoituu paljon hitaammin kuin kuiva.

Syynä 1960- ja 70-lukujen betonirakenteiden terästen ruostumisvaurioihin ei kuitenkaan ollut niinkään betonin huonossa laadussa ja nopeassa karbonatisoitumisessa, vaan siinä, että raudoitteiden suojabetonin paksuus oli jäänyt monilta kohdin puutteelliseksi.

Nykyisten ulkokäyttöön tarkoitettujen betonien karbonatisoitumisnopeudet ovat niin alhaisia, että 50 vuoden käyttöikä saavutetaan paljon vaatimuksia pienemmillä peitepaksuuksilla.

Myös kloridien tunkeutuminen betoniin voi käynnistää raudoitteiden ruostumisen. Ongelmallisia ovat lähinnä suolattavien teiden betonirakenteet kuten sillat ja pysäköintirakennukset, johon voi kulkeutua suolapitoista loskaa. Itämeren vesi on suhteellisen vähäsuolaista, eikä se aiheuta helposti korroosio-ongelmia betonirakenteisiin.

Kloridirasituksessa on tärkeää kiinnittää huomiota siihen, että betonin halkeamaleveydet pysyvät riittävän pieninä, koska kloridipitoinen vesi pääsee suurista halkeamista suoraan teräksen pinnalle.

Betonin rapautuminen

Betonissa on lähes aina jonkin verran huokoisuutta. Jos betoni pääsee jäätymään niin, että sen koko huokosverkosto on täyttynyt vedellä, erityisesti huonolaatuinen betoni voi säröillä ja siten vaurioitua jäätyvän veden laajetessa noin 10 % tilavuudestaan.

Betonista saadaan pakkasenkestävää lisäämällä massaan lisähuokostusainetta, joka betonia sekoitettaessa muodostaa betoniin pieniä ilmakuplia eli ns. suojahuokosia. Halkaisijaltaan noin 0,1 mm kokoiset suojahuokoset pysyvät ilmatäytteisinä myös vesiupotustilanteessa, joten ne muodostavat tilaa jäätyvän veden laajenemiselle.

Vaihtoehtoisesti pakkasenkestävyys voidaan varmistaa myös riittävän alhaisella vesisementtisuhteella eli massan tiiviydellä.